熊英 郁仁強(qiáng)

[摘 要] CT檢查技術(shù)常規(guī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)由于設(shè)備價(jià)格昂貴、數(shù)目配置稀缺、占地面積大，且具有潛在的電離輻射損傷危害，實(shí)驗(yàn)教學(xué)開(kāi)展難度大。作者團(tuán)隊(duì)采用虛擬仿真開(kāi)展CT檢查技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，通過(guò)對(duì)參與CT檢查技術(shù)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)學(xué)生的訪談及問(wèn)卷進(jìn)行分析，提出CT檢查技術(shù)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在問(wèn)題，并針對(duì)存在問(wèn)題進(jìn)行整改。通過(guò)開(kāi)展CT檢查技術(shù)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，醫(yī)學(xué)影像技術(shù)專業(yè)學(xué)生可以自主獲取CT檢查的理論知識(shí)和實(shí)踐技能，體驗(yàn)醫(yī)學(xué)科學(xué)探究的過(guò)程和方法、提高創(chuàng)新意識(shí)、樹(shù)立科學(xué)的價(jià)值觀，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)了親身參與實(shí)踐的情境，同時(shí)還具有獲知、激趣、求真、循理、育德等教育功能，是自主探究培養(yǎng)醫(yī)學(xué)影像技術(shù)專業(yè)學(xué)生的批判性思維和問(wèn)題分析能力的重要途徑。

[關(guān)鍵詞] 虛擬仿真;實(shí)驗(yàn)教學(xué);醫(yī)學(xué)影像技術(shù);計(jì)算機(jī)體層成像

[中圖分類號(hào)] G642.0 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1674-9324（2022）10-0095-04 [收稿日期] 2021-07-07

計(jì)算機(jī)體層成像（Computed Tomography，CT）檢查技術(shù)是醫(yī)學(xué)影像技術(shù)專業(yè)學(xué)生必須要掌握的核心技術(shù)之一，但由于CT設(shè)備價(jià)格昂貴、數(shù)目配置稀缺、占地面積大，且具有潛在的電離輻射危害，加之臨床CT檢查工作繁重，CT實(shí)驗(yàn)教學(xué)開(kāi)展難度大，國(guó)內(nèi)大多數(shù)高校以開(kāi)展CT臨床見(jiàn)習(xí)代替實(shí)驗(yàn)教學(xué)。臨床見(jiàn)習(xí)教學(xué)以“現(xiàn)場(chǎng)觀摩”及教師講解為主[1]，對(duì)學(xué)生的基本操作技能及臨床思維能力的培養(yǎng)幫助較小[2]。

虛擬仿真是借助網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)，采用3D建模、人機(jī)交互、虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)手段搭建的一個(gè)與現(xiàn)實(shí)環(huán)境相似的虛擬環(huán)境，沒(méi)有傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)器材，通過(guò)在計(jì)算機(jī)上用仿真軟件模擬現(xiàn)實(shí)的效果和實(shí)驗(yàn)條件。學(xué)生在預(yù)先設(shè)定的條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，感受虛擬環(huán)境及實(shí)時(shí)交互反應(yīng)的逼真性[3]。虛擬仿真具有交互性、構(gòu)想性等特征，能夠把復(fù)雜問(wèn)題簡(jiǎn)單化、抽象概念直觀化等優(yōu)點(diǎn)，目前已成功應(yīng)用于醫(yī)學(xué)實(shí)踐操作教學(xué)[4-6]，并取得了一定的教學(xué)效果。

重慶醫(yī)科大學(xué)醫(yī)學(xué)影像技術(shù)學(xué)系在課程改革和課堂革命的理念下，運(yùn)用計(jì)算機(jī)虛擬仿真技術(shù)，開(kāi)發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的CT虛擬仿真教學(xué)軟件，用于醫(yī)學(xué)影像技術(shù)專業(yè)的CT檢查技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐。

一、CT檢查技術(shù)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)安排

根據(jù)四年制醫(yī)學(xué)影像技術(shù)專業(yè)本科生培養(yǎng)計(jì)劃，我們擬定顱腦CT檢查技術(shù)、胸部CT檢查技術(shù)、腹部CT檢查技術(shù)及四肢脊柱CT檢查技術(shù)等4項(xiàng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生動(dòng)手操作并完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。線上自主學(xué)習(xí)1學(xué)時(shí)，主要內(nèi)容包括虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室使用注意事項(xiàng)、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的使用說(shuō)明、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的基本要求和實(shí)驗(yàn)報(bào)告作業(yè);虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)1學(xué)時(shí)，在重慶醫(yī)科大學(xué)醫(yī)學(xué)影像技術(shù)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室上課，每次最多可供60名學(xué)生同時(shí)上機(jī)實(shí)訓(xùn)操作，在每次實(shí)驗(yàn)課程結(jié)束一周內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

二、CT檢查技術(shù)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)流程

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程前，教學(xué)秘書(shū)在開(kāi)學(xué)一周內(nèi)將虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室使用注意事項(xiàng)、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的使用說(shuō)明上傳至線上教學(xué)平臺(tái);負(fù)責(zé)每一項(xiàng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的教師在實(shí)驗(yàn)課前一周將虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的基本要求和實(shí)驗(yàn)報(bào)告作業(yè)上傳至線上教學(xué)平臺(tái)。線上部分要求學(xué)生在課前自主學(xué)習(xí)并完成，占一定比例的平時(shí)成績(jī)納入最終實(shí)驗(yàn)結(jié)業(yè)考核。

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程中，要求在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生動(dòng)手操作，完成CT檢查技術(shù)，基本步驟包括：開(kāi)機(jī)準(zhǔn)備、患者準(zhǔn)備、檢查前準(zhǔn)備、檢查過(guò)程、圖像后處理及膠片打印等。學(xué)生在“練習(xí)模式”下，可以自己探索完成以上步驟，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，系統(tǒng)可以對(duì)每一步進(jìn)行評(píng)分，學(xué)生可以反復(fù)多次練習(xí)。如果某一部分掌握不好，可以在相應(yīng)的操作部分針對(duì)性練習(xí)操作，直至學(xué)習(xí)滿意。課后可以在網(wǎng)絡(luò)支持的環(huán)境下，遠(yuǎn)程訪問(wèn)虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)，再次進(jìn)行學(xué)習(xí)鞏固。在“考核模式”下，教師可以實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)情況的考核，同時(shí)可以對(duì)CT虛擬仿真進(jìn)行管理，可在考核模塊添加任意一項(xiàng)CT檢查技術(shù)的考核，同時(shí)可查看學(xué)生考核信息（如考試時(shí)間、成績(jī)、操作步驟）。管理員可以實(shí)現(xiàn)對(duì)教師管理、學(xué)生管理及班級(jí)管理，統(tǒng)計(jì)教師的指導(dǎo)工作量、學(xué)生的學(xué)習(xí)時(shí)長(zhǎng)和實(shí)踐成績(jī)等。

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程后，教師針對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)情況，布置實(shí)驗(yàn)報(bào)告作業(yè)，作業(yè)內(nèi)容主要針對(duì)CT檢查前準(zhǔn)備工作、CT檢查的注意事項(xiàng)、CT檢查的掃描范圍、CT檢查的曝光參數(shù)、圖像后處理及膠片制作等內(nèi)容，重點(diǎn)考查學(xué)生對(duì)CT檢查技術(shù)的理解和臨床思維培養(yǎng)。鼓勵(lì)學(xué)生在課程結(jié)束后，遠(yuǎn)程登錄虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)再次溫習(xí)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，思考CT檢查技術(shù)中容易出現(xiàn)的不規(guī)范或者錯(cuò)誤的地方，為今后的臨床工作打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

三、CT檢查技術(shù)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢(shì)

采用CT檢查技術(shù)虛擬仿真教學(xué)軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)，一方面，可以加強(qiáng)醫(yī)學(xué)影像技術(shù)專業(yè)學(xué)生的臨床技能，能為學(xué)生早期接觸臨床提供機(jī)會(huì)和條件，提高學(xué)生臨床技能的操作能力和臨床思維能力，同時(shí)也避免了以患者為教學(xué)案例帶來(lái)的各種問(wèn)題;另一方面，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的實(shí)現(xiàn)將有效緩解高校在實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地和實(shí)驗(yàn)器材等方面普遍面臨的困難和壓力，能夠突破傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)對(duì)“時(shí)、空”的限制，并有助于提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。虛擬仿真教學(xué)彌補(bǔ)了傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的不足，解決標(biāo)準(zhǔn)化演示操作與順序性、程序性、規(guī)范性問(wèn)題;解決實(shí)驗(yàn)教學(xué)與考試考核的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)教育公平。目前已成為國(guó)際醫(yī)學(xué)教育的研究前沿和發(fā)展方向，成為未來(lái)卓越醫(yī)務(wù)人員實(shí)踐能力培養(yǎng)的重要技術(shù)保障。

通過(guò)虛擬仿真來(lái)模擬整個(gè)CT檢查過(guò)程，不但可以實(shí)現(xiàn)無(wú)輻射操作，而且給學(xué)生創(chuàng)造反復(fù)、多次親自動(dòng)手操作的機(jī)會(huì)。虛擬仿真將抽象的知識(shí)轉(zhuǎn)化為具體的仿真過(guò)程，有助于醫(yī)學(xué)影像技術(shù)專業(yè)的學(xué)生理解掌握CT檢查技術(shù)，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展能力的培養(yǎng)，再結(jié)合課堂理論教學(xué)，與新的教學(xué)方法和教學(xué)手段相融合，培養(yǎng)具備扎實(shí)的專業(yè)理論知識(shí)和過(guò)硬的實(shí)踐技術(shù)的新時(shí)代醫(yī)學(xué)影像技術(shù)專業(yè)人才[7]。

四、CT檢查技術(shù)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在問(wèn)題

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)是近幾年新興的教學(xué)模式，在CT檢查技術(shù)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中，可以解決CT設(shè)備價(jià)格昂貴、數(shù)目配置稀缺、占地面積大等問(wèn)題，同時(shí)實(shí)驗(yàn)時(shí)不會(huì)出現(xiàn)電離輻射損傷，是一種比較容易被學(xué)生接受的教學(xué)手段。但通過(guò)對(duì)參與CT檢查技術(shù)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)學(xué)生的訪談及問(wèn)卷進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)尚存在以下問(wèn)題。

（一）虛擬仿真度低嚴(yán)重影響實(shí)驗(yàn)效果

CT檢查技術(shù)虛擬仿真軟件，包括虛擬CT設(shè)備軟件系統(tǒng)、操作的人機(jī)交互界面、控制虛擬場(chǎng)景內(nèi)CT設(shè)備及放射科CT檢查室的操作環(huán)境，以上項(xiàng)目虛擬仿真度的要求高，尤其是高度仿真CT設(shè)備、CT檢查環(huán)境和CT檢查流程，其成本高、難度大。如果虛擬仿真度低，會(huì)造成學(xué)生體驗(yàn)感差。在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中，學(xué)習(xí)主動(dòng)性就會(huì)受影響，最終影響實(shí)驗(yàn)效果。

（二）部分教師教學(xué)方式仍采用傳統(tǒng)的教授方式

在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生可以進(jìn)行自主學(xué)習(xí)和反復(fù)學(xué)習(xí)等學(xué)習(xí)活動(dòng)。但在教學(xué)過(guò)程中，教師也發(fā)揮著重要作用。在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)前，教師要設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)，提前準(zhǔn)備好線上學(xué)習(xí)資料，提前了解學(xué)生情況與需求，做好學(xué)習(xí)引導(dǎo)與問(wèn)題思考，在實(shí)際虛擬仿真實(shí)驗(yàn)時(shí)，還要注意觀察虛擬仿真實(shí)驗(yàn)效果，做好教學(xué)記錄及教學(xué)反饋。但受傳統(tǒng)臨床示教教學(xué)的影響，部分虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教師還是采用講解式教學(xué)，沒(méi)有積極采用新式教學(xué)手段和教學(xué)思維，使得虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)無(wú)法達(dá)到最優(yōu)效果[8]。

（三）虛擬仿真軟件交互簡(jiǎn)單

雖然虛擬仿真教學(xué)應(yīng)用發(fā)展迅速，受到眾多學(xué)者和教師的研究和關(guān)注，但虛擬仿真軟件的交互性設(shè)計(jì)較為復(fù)雜。在實(shí)際的虛擬仿真軟件設(shè)計(jì)工作中，交互性設(shè)計(jì)的難度高、成本大，對(duì)計(jì)算機(jī)配置的要求高，導(dǎo)致大多數(shù)虛擬仿真軟件交互性不強(qiáng)。目前虛擬仿真實(shí)驗(yàn)面臨著交互簡(jiǎn)單、吸引力差等諸多問(wèn)題，使得虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果不理想。以CT檢查技術(shù)為例，多表現(xiàn)為學(xué)生只能單純跟著設(shè)計(jì)的流程實(shí)驗(yàn)下去，如果與原本設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)步驟或者實(shí)驗(yàn)?zāi)_本不一致，將提示錯(cuò)誤，過(guò)于機(jī)械化。另外，還存在關(guān)鍵步驟中掃描范圍很難與最終呈現(xiàn)的掃描圖像交互、相應(yīng)的操作很難和相應(yīng)的輸出結(jié)果交互等問(wèn)題。

（四）虛擬仿真的案例教學(xué)設(shè)計(jì)薄弱

為了便于標(biāo)準(zhǔn)化教學(xué)和考核，降低軟件開(kāi)發(fā)難度，目前主流的虛擬仿真的設(shè)計(jì)是基于標(biāo)準(zhǔn)檢查流程和標(biāo)準(zhǔn)檢查案例設(shè)計(jì)。虛擬仿真的病例相對(duì)比較固定，甚至很多設(shè)計(jì)是單一的標(biāo)準(zhǔn)病例，沒(méi)有出現(xiàn)臨床個(gè)性化病例和特殊意義的病例，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)每次學(xué)習(xí)到的病例重復(fù)，學(xué)習(xí)積極性下降。

五、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)改進(jìn)措施

針對(duì)以上存在的教學(xué)問(wèn)題，一一對(duì)應(yīng)做出以下改進(jìn)。

1.設(shè)備的仿真要做到外形相似，是最基礎(chǔ)的要求，更高的要求是將核心功能做到相似。CT虛擬仿真軟件仿真度制作中難度最大的是一些聯(lián)動(dòng)效果，比如掃描范圍與呈現(xiàn)圖像的聯(lián)動(dòng)。操作者與檢查者的對(duì)話，以及檢查者的形態(tài)與動(dòng)作都會(huì)影響著整體軟件的仿真度。通過(guò)軟件開(kāi)發(fā)人員與專業(yè)的CT技術(shù)人員、實(shí)驗(yàn)課程教師的積極溝通和改進(jìn)，不斷提高虛擬仿真軟件的仿真度。

2.對(duì)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)課程的教師進(jìn)行定期培訓(xùn)，尤其是對(duì)其教學(xué)能力和教學(xué)手段進(jìn)行培訓(xùn)、訓(xùn)練。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)，需要對(duì)軟件熟悉、對(duì)計(jì)算機(jī)操作熟練，同時(shí)還需要教師具有豐富的臨床經(jīng)驗(yàn)與虛擬仿真教學(xué)相結(jié)合，對(duì)教師的綜合能力要求更高。

3.通過(guò)對(duì)學(xué)生使用體驗(yàn)調(diào)查，合理設(shè)計(jì)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的交互流程及交互方案，能夠?yàn)槭褂锰摂M仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的學(xué)生提供多種互動(dòng)模式，可以設(shè)計(jì)外延的硬件設(shè)置，讓學(xué)生可以通過(guò)硬件有更加順暢的操作和愉悅的體驗(yàn)。

4.在日常工作中注意收集典型案例、疑難案例及有教育意義的案例，包括患者的基本信息、申請(qǐng)單信息、掃描信息和掃描流程信息等，可以用圖像、文字、音頻或視頻的形式呈現(xiàn)。將案例庫(kù)建設(shè)與虛擬仿真平臺(tái)有機(jī)結(jié)合，讓學(xué)生通過(guò)多種案例的練習(xí)，達(dá)到臨床勝任力培養(yǎng)的要求。

最后，改進(jìn)虛擬仿真教學(xué)效果評(píng)價(jià)的方式，學(xué)生在完成虛擬仿真實(shí)驗(yàn)后，可以通過(guò)查閱文獻(xiàn)及小組討論，完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。教師對(duì)學(xué)生提交的實(shí)驗(yàn)方案、實(shí)驗(yàn)匯報(bào)、實(shí)驗(yàn)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)總結(jié)等進(jìn)行綜合考核與評(píng)價(jià)，重點(diǎn)關(guān)注學(xué)生綜合知識(shí)應(yīng)用與自主創(chuàng)新能力[9，10]。

結(jié)語(yǔ)

2017年，在教育部辦公廳關(guān)于開(kāi)展示范性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目建設(shè)的通知中，鼓勵(lì)推進(jìn)信息技術(shù)與高等教育實(shí)驗(yàn)教學(xué)的深度融合，利用虛擬仿真技術(shù)，不斷加強(qiáng)高等教育的實(shí)驗(yàn)教學(xué)建設(shè)與應(yīng)用，提高我國(guó)高等院校實(shí)驗(yàn)教育的教學(xué)質(zhì)量和實(shí)踐育人水平。

構(gòu)建虛擬仿真的CT檢查設(shè)備、檢查環(huán)境和檢查病例等[11]，可以培養(yǎng)學(xué)生醫(yī)療安全觀念和實(shí)踐操作技能，同時(shí)還可以在線管理學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，實(shí)現(xiàn)學(xué)生在線自主練習(xí)、操作軌跡全程記錄、錯(cuò)誤分析統(tǒng)計(jì)等信息化管理模式，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，極大地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率[12]。

總之，開(kāi)展CT檢查技術(shù)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，醫(yī)學(xué)影像技術(shù)專業(yè)學(xué)生可以自主地獲取CT檢查的理論知識(shí)和實(shí)踐技能，體驗(yàn)醫(yī)學(xué)科學(xué)探究的過(guò)程和方法，提高創(chuàng)新意識(shí)，樹(shù)立科學(xué)的價(jià)值觀，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)了親身參與實(shí)踐的情境。同時(shí)還具有獲知、激趣、求真、循理、育德等教育功能，是自主探究培養(yǎng)醫(yī)學(xué)影像技術(shù)專業(yè)學(xué)生的批判性思維和問(wèn)題分析能力的重要途徑。

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Practice and Exploration on Virtual Simulation Experiment Teaching of CT Examination Technology

XIONG Ying1， 2， YU Ren-qiang2， 3

（1.Department of Oncology， Chongqing General Hospital， University of Chinese Academy of Sciences， Chongqing 400013， China; 2.Department of Medical Imaging Technology，Chongqing Medical University， Chongqing 400016， China;3.Department of Radiology， The First Affiliated Hospital of Chongqing Medical University， Chongqing 400016， China）

Abstract： The conventional experimental teaching of CT examination technology is difficult to carry out because of the high price of equipment， the scarcity of number and configuration， the large floor area and the potential harm of ionizing radiation. The authors team uses virtual simulation to carry out CT examination technology experiment teaching. Through the interview and questionnaire analysis of students participating in CT examination technology virtual simulation experiment， this paper puts forward the existing problems in CT examination technology virtual simulation experiment teaching， and solves the existing problems. Through the virtual simulation experiment of CT examination technology， students majoring in medical imaging technology can independently obtain the theoretical knowledge and practical skills of CT examination， experience the process and methods of medical scientific exploration， improve their awareness of innovation， and establish scientific values. It creates a situation for students to participate in practice. At the same time， it also has the educational functions of learning， stimulating interest， seeking truth， following reason and cultivating morality. It is an important way to independently explore and cultivate the critical thinking and problem analysis ability of students majoring in medical imaging technology.

Key words： virtual reality; experimental teaching; medical imaging technology; computed tomography